Группа ученых из института Макса Планка, Германия, и Имперского колледжа, Великобритания, планируют в скором времени провести эксперимент, результаты которого смогут послужить подтверждением одной из гипотез в области электродинамики, которая утверждает то, что частицы материи могут быть созданы из частиц света. Эта гипотеза была выдвинута около 80 лет назад двумя американскими физиками, Грегори Брейтом (Gregory Breit) и Джоном Арчибальдом Уилером (John Archibald Wheeler), которые предположили, что столкновение двух или большего количества высокоэнергетических фотонов должны привести к рождению пары электрон-позитрон, которая получила название пара Брейта-Уилера.

Структура эксперимента

Ученые попытаются произвести на свет пары Брейта-Уилера при помощи двухэтапного процесса. На первом этапе в ускорителе будет осуществлен разгон луча электронов почти до скорости света. Эти электроны ударят в мишень, представляющую собой пластину из чистого золота, толщиной в несколько миллиметров. Столкновение высокоэнергетических электронов с атомами золота приведет к высвобождению кинетической энергии электронов в виде фотонов гамма-излучения.

Полученный поток гамма-фотонов будет сфокусирован и направлен при помощи магнитного поля, которое послужит еще и фильтром, отсеивающим любые образовавшиеся при столкновениях пары электрон-позитрон. Сфокусированный и очищенный луч фотонов будет направлен в объем так называемой "впадины" (hohlraum), представляющей собой реализацию абсолютно черного тела, где фотоны преобразуются в сверхвозбужденные фотоны теплового инфракрасного света. В объем этой "впадины" будет направлен свет еще одного лазера, что приведет к массе столкновений фотонов и что станет источником рождения множества пар Брейта-Уилера. Ученые ожидают, что при использовании луча электронов с энергией 2 ГэВ, и луча лазера с энергией 400 эВ, им удастся получить более 100 тысяч пар Брейта-Уилера в секунду.

Теории взаимодействия материи и света

Если запланированный эксперимент будет реализован, то это станет первым в истории науки случаем создания фотонного коллайдера. Следует заметить, что создание такого коллайдера возможно и без использования ускорителя частиц. В этом случае такой коллайдер можно будет построить в любой физической лаборатории, но уровни энергии, которыми он будет оперировать, и получаемые результаты будут намного скромней.

В случае удачного проведения эксперимента в фотонном коллайдере, полученные в его ходе данные могут послужить толчком для исследований в новых направлениях квантовой электродинамики. Это поможет ученым лучше разобраться в процессах, которые происходили в первые 100 секунд времени с момента Большого Взрыва. И самое главное, подтвержденная гипотеза Брейта-Уилера может стать заключительной теорией из семи теорий, описывающих самые простые способы взаимодействия света и материи, которые принесли своим создателям звания Лауреатов Нобелевской премии в области физики.